Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе

Имеются убедительные свидетельства в пользу того, что в основном обнаруженные аминокислоты не есть загрязне ния. Так, многие из них относятся к аминокислотам нео бычного типа, которые не входят в состав земных ор ганизмов. Другое доказательство: некоторые широко рас пространенные аминокислоты, наличие которых обычно вы зывается загрязнением, в метеоритах не обнаруживаются. И наконец, аминокислоты в углистых хондритах встречаются в виде двух оптических изомеров, т. е. в разных пространствен ных формах, представляющих собой зеркальные отражения друг друга,-это характерно только для аминокислот, син тезированных небиологическим путем, но не тех, которые имеются в живых организмах (см. гл. 1). Набор аминокислот, обнаруженный в метеоритах, на

* В Мерчисонском метеорите их было идентифицировано около 50, причем восемь из них входят в состав белков: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин. пролин, аспарагиновая кислота, глутами новая кислота. Были обнаружены также серии и треонин, но не исключено, что их наличие связано с загрязнением.

поминает аминокислоты, которые были получены в экспе риментах с искровыми разрядами. Наборы эти не идентич ны, но сходство настолько заметно, что позволяет пред положить, что механизмы синтеза в обоих случаях совпа дают. Другой возможный механизм синтеза аминокислот в метеоритах-реакция Фишера-Тропша, названная так в честь двух немецких химиков, которые разработали ката литический процесс получения бензина и других углево дородов из моноксида углерода (СО) и водорода. Оба этих газа широко распространены во Вселенной, как и необ ходимые для реакции катализаторы, например железо или силикаты. Пытаясь объяснить относительное содержание органических веществ в космическом пространстве на основе этой реакции, Эдвард Андерс и его коллеги из Чикагского университета установили, что при введении в реакционную смесь аммиака образуются аминокислоты, пурины и пи римидины. В этой реакции возникают те же самые про межуточные продукты-водород, цианид, альдегиды, циа ноацетилен,-которые получаются в реакциях, происходящих под действием электрических разрядов. По-видимому, при сутствие в метеоритах углеводородов, а также пуринов и пиримидинов легче объяснить реакцией синтеза Фишера Тропша, чем реакцией под действием электрического раз ряда. До сих пор, однако, ни в одном лабораторном опыте не удалось в точности воспроизвести набор веществ, об наруженных в метеоритах.

Содержание в метеоритах пуриновых и пиримидиновых оснований исследовано в меньшей степени, нежели наличие аминокислот. Тем не менее в Мерчисонском метеорите идентифицированы аденин, гуанин и урацил. Аденин и гуа нин найдены в концентрации приблизительно 1-10 частей на миллион, что близко к относительному содержанию ами нокислот. Концентрация урацила значительно ниже.

Недавно радиоастрономы открыли органические моле кулы в межзвездном пространстве, что. безусловно, попол нило наши знания об органической химии Вселенной. Ор ганические молекулы были обнаружены в гигантских га зово-пылевых облаках, которые находятся в тех областях космического пространства, где, как полагают, формируют ся новые звезды и планетные системы. К моменту написания этой книги помимо присутствующих там, как и ожидалось, молекул водорода было обнаружено около 60 соединений. Наиболее распространен моноксид углерода. Гораздо реже встречаются такие в равной степени интересные соединения,

как аммиак, цианистый водород, формальдегид, ацеталь дегид (СНОСНО), цианоацетилен и вода, т.е. молекулы, которые в лабораторных опытах по химической эволюции рассматриваются как предшественники аминокислот, пури нов, пиримидинов и углеводов.

Эти открытия свидетельствуют о том, что повсюду во Вселенной происходит в широких масштабах синтез ор ганического вещества и среди его конечных продуктов много биологически важных соединений, в том числе основных мономеров генетической системы и их предшественников. Не исключено даже (как предполагалось когда-то), что орга нические соединения-или, во всяком случае, часть их, которые легли в основу первых живых организмов, имели внеземное происхождение. Эти открытия позволили осо знать тот важный факт, что синтез биологических соеди нений не есть какой-то специфический химический процесс, возможный лишь в особо благоприятных условиях, харак терных для нашей планеты, но представляет собой явление космического масштаба. Это сразу наводит на мысль, что в любой области Вселенной жизнь должна быть основана на химии углерода, сходной с той, что наблюдается на Земле, хотя и не обязательно ей идентичной.

Синтез полимеров в предбиологических условиях

Образование основных мономеров белков и нуклеиновых кислот из газов протосолнечной туманности-это только первый шаг в создании генетической системы. Чтобы сфор мировать необходимые полимеры, мономеры должны затем соединиться в цепочки. Это трудная проблема, и, хотя на нее обращается пристальное внимание, пока еще не предложено надежных способов образования полимеров, несущих ге нетическую информацию, из мономеров, существовавших, вероятно, на примитивной Земле.

Синтез полимеров как в живых системах, так и в ла боратории включает в себя этап присоединения очередного мономера к концу растущей цепи. На каждом таком этапе потребляется энергия и происходит выделение молекулы воды. При синтезе белков из аминокислот связь, образую щаяся между мономерными звеньями полимера, называется пептидной. На рисунке показана схема образования пептид ной связи между двумя молекулами аминокислот.

Буквой R обозначена любая из 20 различных боковых цепей белковых аминокислот. Когда гретья молекула аминокис лоты прикрепляется к концу дипептида, образуется три пептид и т.д., пока не сформируется полипептид. Такие реакции обратимы: например, дипептид, показанный выше, может, присоединив молекулу воды, вновь превратиться в аминокислоты: этот процесс сопровождается выделением энергии. Белковая молекула представляет собой полипеп тидную цепь с определенной последовательностью амино кислот, которая придает ей особые свойства и является продуктом длительной эволюции. Каждая цепь состоит из сотен соединенных в одну последовательность аминокислот, а молекулы некоторых белков включают две и более по добных цепей. В результате взаимодействия между составля ющими их аминокислотами полипептиды формируют трех мерную структуру, которая и является активной формой белковой молекулы.

Полимеризация нуклеотидов, повторяющихся мономер ных звеньев нуклеиновых кислот, приводит к образованию полинуклеотидов, или нуклеиновых кислот. Образование динуклеотида из двух нуклеотидов выглядит следующим образом: